
光催化剂顶级学者叶金花教授(左2)与来自中国和印度尼西亚的留学生一起研究
本文将介绍日本物质・材料研究机构(NIMS)国际纳米体系研究中心首席研究员、光催化材料课题组长,在最尖端领域追求光催化剂各种可能性的叶金花教授。她在文化大革命后,从中国来到昭和末期因泡沫经济而沸腾的日本,先后经历了平成、令和时代,作为研究人员积累了大量的职业经验。一位从小就被神奇现象所吸引的少女,在经历了两国价值观和体制差异的历练后,坚定不移地走在了探索神奇现象的道路上。
选择专业,得到的建议是“理科绝对更好”
叶金花教授出生于浙江省丽水市。在少女时代她曾经非常喜欢科幻小说。当时的中国虽然正值文化大革命期间,但“已经有了中国的科幻作家的作品,也能读到一些与政治无关的外国书籍,尤其喜欢希腊神话。我这个人可能生来比较喜欢不可思议的事情”。
擅长数学和物理的叶金花,毫不犹豫地选择了理科专业。近现代中国的政治体制发生过多次变化,选择受体制变化影响不大的理科,父母也更容易接受。“在中国完全没有‘因为是女性所以得选文科’这样的偏见,高中老师也劝我‘绝对学理科绝对好’。”
16岁,叶金花便考进了著名的浙江大学。在校期间迎来了文化大革命的结束,中国政府大刀阔斧地开始了改革开放。1984年,21岁的叶金花大学毕业,参加了公派留学生选拔,最终通过选拔考试,来到了日本。

金花出生于中国东南部的浙江省丽水市。来日本之前,她在离家乡2000公里的长春市突击学习了7个月左右的日语。右图是叶金花第一次来到日本(成田机场)时的情景(供图:叶金花教授)
边工作边育儿是理所当然的事情
乘坐中国政府的包机前往日本的叶金花进入了东京大学研究生院。在中国留学生还很少见的时代,她受到了指导老师极大的重视。叶金花回顾道:“对我来说一切都很新鲜,很开心”。
1990年完成博士课程后,叶金花本打算回国从事研究。但由于前一年的事件,叶金花决定暂时留在日本看看情况再说。在大阪大学工作2年后,她成为了JST的前身——新技术事业团的特别研究员,并在NIMS的前身——金属材料技术研究所(金材研、茨城县筑波市)继续进行研究。
入职金材研的2年后,叶金花经历了怀孕生产。当时日本女性研究人员极少,产假等制度也不完善。虽然研究和育儿两全难度不小,但对于在中国长大的她来说,一边工作一边养育孩子是理所当然的事情,所以从未考虑过中断工作,只是在努力寻找克服困难的方法。“我找了一个可以从NIMS步行抵达的托儿所,就住在了那附近。但遇到出差的时候确实没办法,请园长老师帮我看孩子的情况也出现过。”

叶金花给孩子读绘本(供图:叶金花教授)
时光流逝了近30年的岁月,研究人员生儿育女的情况不断增加,环境也得到了很大的改善。叶金花表示:“NIMS会在有人休产假的时候雇佣代替人员,能够按照事先制定的计划推进研究”。研究者在育儿过程中不仅可以安心休息,也可以让作为代替人员加入的研究人员提升职业经历,可以说是一箭双雕的制度。
挑战直接用水制造氢的光催化剂
叶金花最初从事超导材料的研究,1997年开始研究光催化剂。这一切始于她的一位东大研究室的后辈被派往NIMS附近的产业技术综合研究所工作。
光催化剂是通过照射光促进化学反应的催化物质的总称,1970年代以后日本在实用化技术方面得到了迅速发展。东京理科大学荣誉教授藤岛昭、科学技术振兴机构理事长桥本和仁等都在此领域有过卓越的贡献。虽然目前常被用作涂料,用于去除细菌和有害物质,其他各种应用也在不断探索之中。
特别吸引叶金花的一项研究是,直接用水制氢。当时的研究人员就已经认识到了氢能的重要性,作为获取方式,光催化技术的潜力引起了人们的关注。但没人知道开发出什么样的光催化剂才能高效制取氢。为此,叶金花决定挑战这个难题。
实现从甲烷到乙烷的高效转换
研究进展相当顺利,取得了一个又一个成果。她回忆说:“我的研究被JST的“先驱科研项目”选中,还入选了文部科学省的产官学合作项目,研究进度不断加快。在日本,无论是外国人还是年轻人,其研究结果都能得到公平的评价,还能获得高额的研究经费。我要是在其他国家,还真不敢说结果就能一样”。
叶金花在通过开发光催化剂以便高效利用太阳能,以及将光催化剂转换为有附加价值的新材料及其应用方面,得到了高度评价,堪称该领域的世界顶级研究人员之一。在发现有效分解有机污染物的光催化剂,以及能够将温室气体甲烷(CH4)高效转化为乙烷(C2H6)的研究方面,也取得了突出的成果。
此外,她还致力于将光催化作用应用于可再生能源的生产、开发将太阳光转为化学能源的新材料,以及与今后的地球环境保护直接相关的课题。

通过使用光催化剂,可以使甲烷氧化成乙烷和水(供图:叶金花教授)
中日合作有进展,但阻力也大
NIMS与日本国内多所大学合作,在叶金花的研究室中,也有来自北海道大学博士课程的学生来到筑波进行研究。另外,自2011年开始,研究室还推进了与中国天津大学的国际合作研究,大学间的合作顺利推进。在NIMS工作过的天津大学研究人员回国后,在天津大学校园内成立了“NIMS-天津大学合作研究中心”,资金和设备均由天津大学负责,NIMS负责派遣研究人员,并由叶金花担任了该中心主任。
为共同开发出用于解决环境和能源问题的功能性材料,研究中心开展了共同研究。为期5年的合同在2016年续期,但叶金花指出:“从2017年左右开始,中日合作间的阻力变大了。” 2021年合同到期后,项目便告结束。
快速变化的中日关系,让叶金花一直非常烦恼。两国的关系对研究来说,有时可以成为助力,有时也会成为阻力。叶金花表示:“因为我对双方的立场都有一定的了解,所以有时会很煎熬。”
日本的公平意识是一种机遇,而过分的平等主义却令人担忧
叶金花来日本的时候,日本经济正处于蓬勃发展的阶段,在科学技术方面也领先于世界。然而,在此后的几十年里,中国取得了巨大的发展,两国的研究力量几乎在所有领域都发生了逆转。光催化剂作为在日本开发成长的技术,也不例外。

Top1%修正论文数(提取被引次数在各年各领域进入前1%的论文并修正数据后的论文数量)的排名变化。20年来,中国的排名大幅提升,而日本排名却在下降(编辑部根据NISTEP《科学技术指标2022统计集》制作)
自2008年左右,在被引论文数量方面,中国在大部分领域都超过了日本。叶金花认为其中一个原因是:“在中国可以从国家得到的预算要高出日本一个数量级。”另外,她指出,国民性格的不同也可能影响研究力的差异。“中国和美国一样,比较重视实际成果,能者多劳,多劳多得。相反,日本追求公平,但是在公平评价后培养优秀研究人员方面,日本的平等主义可能就有些过头了。”
也就是说,日本对于研究成果能够很公平地进行评价,年轻人和外国籍的研究人员都能平等地得到机会。但与此相反,过度的平等主义可能会削弱年轻人的积极性。
应该如何打破这一现状呢。叶金花表示:“我希望大家不要躲在日本国内,要趁着年轻积极地接触世界的最前沿。这样会有各种各样的创意和思路进入日本,这样或许会成为一种引爆剂。”
“我希望最终可以制造出只需在室外暴露在阳光下,就能产生出氢和甲醇的装置。”叶金花表示今后还会继续致力于研究,她也希望年轻的研究人员能有一个光明的未来。

叶金花教授在循环型光催化反应装置前

叶金花
日本物质・材料研究机构国际纳米材料研究中心首席研究员,光催化材料课题组长。
日文:JST Science Portal 编辑部
中文:JST客观日本编辑部